Verwendung von Kühlmittel als 3. Treibmittel

Raketentriebwerke haben oft 2 Treibmittel, von denen eines zum Kühlen des Triebwerks verwendet wird und danach das heiße Treibmittel in die Brennkammer eingespritzt wird.

Wäre es sinnvoll, ein drittes Treibmittel zu haben, das besser für den Kühlprozess geeignet ist?

Beispielsweise zersetzt sich Ammoniak bei hohen Temperaturen endotherm in H2 und N2, die dann in die Brennkammer eingespritzt werden können, aber aufgrund des endothermen Prozesses wahrscheinlich bei einer viel niedrigeren Temperatur eingespritzt werden, da Ammoniak eine viel geringere Energiedichte als Methan oder hypergolische Kraftstoffe hat aber die Zersetzungsprodukte haben ähnliche Energiedichten.

Ich habe das Tag hinzugefügt ammonia. Ein Klick darauf führt zu weiteren Fragen zur Verwendung von Ammoniak in der Raumfahrt (und zu natürlichen Vorkommen auf anderen Körpern des Sonnensystems).
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Das grundlegende Problem bei Ihrer Frage ist, dass Raketeningenieure bereits darüber nachgedacht und - weil sie es nicht tun - entschieden haben, dass die Verwendung eines dritten Treibmittels wie Ammoniak zwar einige Vorteile bieten könnte , aber auch Nachteile hat, die die Vorteile überwiegen .

Antworten (1)

Frühe Flüssigtreibstoffraketen taten dies, indem sie dem Treibstoff Wasser hinzufügten (V2: 75 % Ethanol, 25 % Wasser).

Ein weiteres verwandtes Beispiel ist der Viking-Motor , der Wasser verwendet, um Verbrennungsgase zu kühlen, die in die Pumpe eintreten. Das Wasser gelangt jedoch nicht in den Brennraum, da der Motor einen Gasgeneratorkreislauf nutzt.

Aber sobald Sie zuverlässige regenerative Kühlmittelkreisläufe haben, macht es wenig Sinn, ein drittes Treibmittel hinzuzufügen. Ein "besseres Kühlmittel" würde ... weniger Kühlmittel benötigen? Aber wenn das Kühlmittel der Kraftstoff selbst ist, bringt es keine Masseeinsparungen, weniger Kühlmittel zu verwenden, solange es genug davon gibt.
Und davon gibt es in der Regel genug. Nur ein Bruchteil des Kraftstoffs wird zur Kühlung der Düse umgeleitet, und Expander-Cycle- Motoren sind sogar durch Abwärme begrenzt!

Eine andere Seite davon ist, dass sich bei der Suche nach Kühlmitteln, die gleichzeitig vernünftige Raketentreibstoffe sind, herausstellt, dass die meisten Raketentreibstoffe bereits gute Kühlmittel sind.

Hilft die Reduzierung der Temperatur des in den Brennraum eintretenden Kraftstoffs in irgendeiner Weise?
Zweifelhaft. Einer der Hauptvorteile eines gestuften Vollstrom-Verbrennungsmotors besteht darin, dass die Treibmittel als heiße Gase und nicht als kalte Flüssigkeiten in die Brennkammer gelangen.
Jeder mögliche Vorteil wird bei weitem durch die Installation, die Pumpe und die zusätzlichen Tanks aufgewogen, die für das zusätzliche Kühlmittel, die zusätzliche Motorkomplexität und die Massenstrafe für das Mitführen dieses Kühlmittels anstelle von Kraftstoff erforderlich sind. Es ist nicht besonders lästig, den Motor mit Kraftstoff zu kühlen, was ein spezielles Kühlmittel vermeiden würde ... kurz gesagt, dies ist eine Lösung, die nach einem Problem sucht.
Es würde definitiv Kraftstoffeinsparungen geben, da die regenerative Kühlung keinen Kraftstoff verschwendet, aber viel Druck verschwendet, der durch Treibmittel erzeugt wird. Weniger Kühlmittel würde entweder einen höheren Kammerdruck von weniger Kraftstoff bedeuten, der in den Gasgenerator oder ein ähnliches System umgeleitet wird, was beides äußerst positiv ist.
@EduardoS niedrigere Kraftstofftemperatur macht das Leben einfacher für Ihre Rohrleitungen, insbesondere für die Einspritzdüsen. Aber das ist ein sehr geringer Gewinn an einem Ort, an dem es von Anfang an kein wirkliches Problem gibt. Die stressigen Teile eines Raketentriebwerks sind die Brennkammerwände und die Turbopumpen. Eine stärker kontrollierte Kühlung könnte eine kleinere Verbrennungskammer mit höherem Druck ermöglichen. Aber der Verlust an Treibstoffeffizienz wird diesen Vorteil einer echten Rakete mit ziemlicher Sicherheit überwältigen. Sie können es verwenden, wenn Impuls eher als ISP das primäre Designziel ist.
@EduardoS Nur wenn es notwendig ist, Ihren Motor mit den Ihnen zur Verfügung stehenden Materialien und Werkzeugen herstellbar zu machen. Im Allgemeinen möchten Sie, dass der Motor so heiß und mit hohem Druck wie möglich läuft, aber Sie müssen auch nicht schmelzen oder explodieren.
@ReubenFarley-Hall: Erhöht die regenerative Kühlung nicht den Druck, anstatt ihn abzubauen? Das ist die ganze Prämisse des Expander-Zyklus, wie ich ihn verstehe.
Verwendung von Kühlmittel als 3. Treibmittel
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